基于误差度量信息自适应地选择用于节点定位的距离估计的系统和方法技术方案

本文公开了用于自适应地确定网络架构中的无线节点的位置的系统和方法。在一个示例中，一种系统包括无线网络架构中的具有已知位置的第一多个无线传感器节点和具有未知位置的第二多个无线传感器节点。第一多个无线节点中的无线传感器节点的一个或多个处理单元被配置成运行指令以确定第一多个无线传感器节点与第二多个无线传感器节点之间的用于定位的距离估计，确定针对每个距离估计的误差度量信息，以及基于误差度量信息自适应地选择用于定位的被确定距离估计。

Adaptive selection of distance estimation system and method for node location based on error measurement information

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于误差度量信息自适应地选择用于节点定位的距离估计的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月23日提交的申请号为15/684,891的美国申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及于2015年8月19日提交的申请号为14/830,668，题为“用于确定具有网状的特征的树状网络构架中无线传感器节点位置的系统和方法”的申请；以及于2016年6月3日提交的申请号为15/173,531，题为“存在多个通信路径的情况下用于精确射频定位的系统和方法”的申请，该两个申请均通过引用并入本文。
本专利技术的实施例涉及基于误差度量信息自适应地选择用于节点定位的距离估计的系统和方法。
技术介绍
在消费类电子产品和计算机工业中，无线传感器网络已经研究了很多年。在原始无线传感器网络中，一个或多个传感器与无线电一起实施以能够从布置在网络内的一个或多个传感器节点无线收集数据。每个传感器节点可以包括一个或多个传感器，并且将包括无线电和用于对传感器节点的操作供电的电源。室内无线网络中的节点的位置检测在许多应用中是有用并且重要的。基于使用射频测量执行的三角测量的定位是一种用于确定三维空间中无线设备目标的位置的具有吸引力的方法。可以以多种方式执行基于RF的定位。必须确定多个目标对之间的距离，以能够基于各个对距离通过三角测量方法(例如，最小二乘法、全局搜索、梯度下降)计算三维空间中的相对位置。示例性实施方案包括集线器和多个传感器节点。注意的是，可以用节点来替换集线器，或者实际上，可以用一个或多个节点来替换集线器。通过RF通信使用射频技术估计所有各对之间的距离。一旦估计了距离，三角测量就可以用于确定每个目标在三维空间中的相对位置。如果在现实空间中已知至少两个目标的位置，则可以确定网络中每个目标的绝对位置。实际上，如果在网络内已知1个目标(例如，集线器)的位置以及到至少一个其它节点的角路径，则可以再次确定网络内每个目标的绝对位置。因此，目标对之间的距离测量是RF的定位中的关键步骤。可以以多种方式执行距离估计。通信信号强度(RSSI)可以在对之间被测量，并且用于基于已知的信号衰减模型估计距离。可以测量目标之间发送的信号的飞行时间(TOF)，并且可以基于已知的传播延迟模型估计距离。可以另外基于信号强度中角度变化的分辨率来估计到达角(AOA)。其中，RSSI通常由于衰减的变化而易于出错，因此，对于距离估计的吸引力不如TOF。基于TOF的距离估计易受反射引起的误差影响，从而导致两个目标之间存在多个路径。在这种情况下，由于反射路径比直接路径长，因此估计路径可能被检测为长于实际路径。如果系统基于反射路径估计TOF，则在三角测量中会引入误差。
技术实现思路
对于本专利技术的一个实施例，本文公开用于确定网络架构中的无线传感器节点的位置的系统和方法。在一个示例中，一种用于在无线网络架构中的节点定位的系统包括：第一多个无线传感器节点，第一多个无线传感器节点的每个具有已知位置以及无线装置，具有一个或多个处理单元和用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路。系统进一步包括第二多个无线传感器节点，第二多个无线传感器节点中的每个具有未知位置以及无线装置，具有用于在无线网络架构中传送和接收通信的RF电路。第一多个无线节点的无线传感器节点的一个或多个处理单元被配置成运行指令以确定第一多个无线传感器节点与第二多个无线传感器节点之间的用于定位的距离估计，确定针对每个距离估计的误差度量信息，以及基于误差度量信息自适应地选择用于定位的被确定距离估计。在另一示例中，一种用于无线网络架构中的无线传感器节点定位的计算机实施方法包括确定具有已知位置的第一多个无线传感器节点和具有未知位置的第二多个无线传感器节点之间的距离估计。方法进一步包括确定针对每个距离估计的误差度量信息，基于误差度量信息自适应地选择距离估计，以及基于自适应地选择的距离估计确定第二多个无线传感器节点的位置信息。从附图和下面详细描述中，本专利技术的实施例的其它特征和优点将变得显而易见。附图说明本专利技术的实施例通过示例的方式示出，并且不限于附图中的图，相同的附图标记在附图中表示相似的元件，并且在附图中：图1示出根据一个实施例的无线节点的示例性系统。图2示出根据一个实施例的具有多个用于通信的集线器的非对称树状和网状网络架构的系统。图3示出根据一个实施例的飞行时间测量系统。图4示出根据一个实施例的飞行时间测量系统的框图。图5示出根据一个实施例的用于距离估计的完全同步系统。图6示出根据一个实施例的记录RF信号的数据包是如何成为从装置510传送的时移形式信号。图7A示出根据一个实施例的理想信道的相位响应。图7B示出根据一个实施例的非理想信道的相位响应。图8A至图8C示出根据一个实施例的通过基于误差度量信息自适应地选择节点的距离估计来确定节点的位置估计的定位方法。图9A至图9C示出根据另一实施例的通过基于误差度量信息自适应地选择节点的距离估计来确定节点的位置估计的定位方法。图10A示出根据一个实施例的被实施为电源插座的覆盖物1500的集线器的示例性实施例。图10B示出根据一个实施例的被实施为电源插座的覆盖物的集线器框图的分解图的示例性实施例。图11A示出根据一个实施例的被实施为在计算机系统、装置或通信集线器中布置的卡的集线器的示例性实施例。图11B示出根据一个实施例的被实施为在计算机系统、装置或通信集线器中布置的卡的集线器964的框图的示例性实施例。图11C示出根据一个实施例的在电器(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能电器等)内实施的集线器的示例性实施例。图11D示出根据一个实施例的在电器(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能电器等)内实施的集线器1684的框图的分解图的示例性实施例。图12示出根据一个实施例的传感器节点的框图。图13示出根据一个实施例的具有集线器的系统或电器1800的框图。具体实施方式本文公开了在存在多个通信路径的情况下进行精确射频定位的系统和方法。在一个示例中，一种用于定位无线网络架构中的节点的系统包括：第一多个无线传感器节点，第一多个无线传感器节点中的每个具有已知位置以及无线装置，具有一个或多个处理单元和用于在无线网络架构中传送和接收通信的RF电路。系统进一步包括第二多个无线传感器节点，第二多个无线传感器节点中的每个具有未知位置以及无线装置，具有用于在无线网络架构中传送和接收通信的RF电路。第一多个无线节点中的无线传感器节点的一个或多个处理单元被配置成运行指令以确定第一多个无线传感器节点与第二多个无线传感器节点之间的用于定位的距离估计，确定每个距离估计的误差度量信息，以及基于误差度量信息自适应地选择用于定位的被确定距离估计。在无线传感器网络中的各种应用中，可能需要确定网络内传感器节点的位置。例如，这种信息可以用于估计诸如安全摄像头、运动传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于定位无线网络架构中的节点的系统，包括：/n第一多个无线传感器节点，所述第一多个无线传感器节点中的每个具有已知位置和无线装置，所述无线装置具有一个或多个处理单元和用于在所述无线网络架构中发送和接收通信的RF电路；以及/n第二多个无线传感器节点，所述第二多个无线传感器节点中的每个具有未知位置和无线装置，所述无线装置具有用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的所述一个或多个处理单元被配置为运行指令，以确定所述第一多个无线传感器节点与所述第二多个无线传感器节点之间的用于定位的距离估计，确定针对每个距离估计的误差度量信息，并且基于所述误差度量信息自适应地选择用于定位的被确定距离估计。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170823 US 15/684,8911.一种用于定位无线网络架构中的节点的系统，包括：
第一多个无线传感器节点，所述第一多个无线传感器节点中的每个具有已知位置和无线装置，所述无线装置具有一个或多个处理单元和用于在所述无线网络架构中发送和接收通信的RF电路；以及
第二多个无线传感器节点，所述第二多个无线传感器节点中的每个具有未知位置和无线装置，所述无线装置具有用于在无线网络架构中发送和接收通信的RF电路，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的所述一个或多个处理单元被配置为运行指令，以确定所述第一多个无线传感器节点与所述第二多个无线传感器节点之间的用于定位的距离估计，确定针对每个距离估计的误差度量信息，并且基于所述误差度量信息自适应地选择用于定位的被确定距离估计。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述误差度量信息包括与具有已知位置的无线传感器节点和具有未知位置的无线传感器节点之间的每个距离估计相关的误差度量。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的一个或多个处理单元被配置为运行指令以将每个误差度量与误差阈值进行比较，并且基于小于或等于所述误差阈值的误差度量自适应地选择用于定位的被确定距离估计子组。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的一个或多个处理单元配置成运行指令以基于所述被确定距离估计子组确定用于定位的位置估计，其中至少一个距离估计和具有已知位置的相关无线传感器节点被排除用于确定所述位置估计。


5.根据权利要求3所述的系统，其中所述误差阈值是基于环境、距离测量、优化过程被预定义的，或者是在所述定位期间自适应地定义的。


6.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的所述一个或多个处理单元被配置为运行指令以将每个误差度量与所述误差阈值进行比较，或者自适应地将加权因子应用于所述度量以淡化具有低距离测量质量的距离估计。


7.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的一个或多个处理单元被配置为运行指令以
通过使用以下中的至少两种重复地确定针对至少一个无线传感器节点的修正位置：所述第一多个节点的所述已知位置、来自所述第一和第二多个传感器节点之间定位的先前距离估计及其相关误差度量、所述第二多个节点的所述节点之间的重复距离估计、来自所述第一和第二多个传感器节点之间的定位或来自较早的修正位置的所述第二多个节点的所述估计位置，以及在每个修正定位阶段中自适应地选择用于定位的所述被确定的距离估计。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一多个无线节点的无线传感器节点的一个或多个处理单元被配置为运行指令以基于第一距离估计子组和相关误差度量或者基于第二距离估计子组和相关误差度量重复地确定至少一个无线传感器节点的定位。


9.一种用于定位无线网络架构中的无线传感器节点的计算机实施方法，包括：
确定具有已知位置的第一多个无线传感器节点中的每一个与具有未知位置的第二多个无线传感器节点中的每一个之间的距离估计；
确定针对每个距离估计的误差度量信息；
基于所述误差度量信息自适应地选择距离估计；以及
基于自适应地选择的距离估计确定针对所述第二多个无线传感器节点的位置信息。


10.根据权利要求9所述的计算机实施方法，其中所述误差度量信息包括与具有已知位置的无线传感器节点和具有未知位置的无线传感器节点之间的每个距离估计相关的误差度量。


11.根据权利要求10所述的计算机实施方法，进一步包括：
将每个误差度量与误差阈值进行比较，并且基于小于或等于所述误差阈值的误差度量自适应地选择用于定位的被确定距离估计子组。


12.根据权利要求11所述的计算机实施方法，进一步包括：
基于所述被确定距离估计子组确定用于定位的位置估计，其中至少一个距离估计和具有已知位置的相关无线传感器节点被排除用于确定所述位置估计。


13.根据权利要求10所述的计算机实施方法，其中所述误差阈值是基于环境、距离测量、优化过程被预定义的，或者是在所述定位期间自...

【专利技术属性】
技术研发人员：托米·伊拉穆尔托，马努·塞斯，
申请(专利权)人：洛希克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US